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利用曲軸臂距差判斷柴油機(jī)軸承磨損狀況

2011-10-26

作者：戈志雄　王靜亞
 （西安市北二環(huán)西段29號(hào)西安市市政設(shè)施管理局） 
　　當(dāng)柴油機(jī)曲軸曲拐的兩個(gè)主軸承低于相鄰軸承時(shí)，曲拐的兩段主軸頸彎曲成塌腰形。若此時(shí)曲柄銷轉(zhuǎn)至上止點(diǎn)（見(jiàn)圖1a），曲拐的兩臂向外張開(kāi)，會(huì)使兩臂的距離（L上）增大；若曲柄銷轉(zhuǎn)至下止點(diǎn)（見(jiàn)圖1b），兩臂則向內(nèi)收攏，兩臂之間的距離（L下）減小。當(dāng)曲拐的兩個(gè)主軸承高于相鄰軸承時(shí)，曲拐的兩段主軸頸彎曲成拱腰形。若此時(shí)曲柄銷轉(zhuǎn)至上止點(diǎn)（見(jiàn)圖1c），兩臂收攏，臂距（L上）減小；曲柄銷轉(zhuǎn)至下止點(diǎn)（見(jiàn)圖1d）時(shí)，兩臂伸開(kāi)，臂距（L上）增大。當(dāng)曲軸坐落在高低不等的軸承上時(shí)，曲軸軸線將向下或向上彎曲，而且當(dāng)曲軸回轉(zhuǎn)一周時(shí)，臂距都會(huì)發(fā)生一次周期性變化。曲拐兩臂之間的距離稱為臂距值，就是通常所說(shuō)的拐檔值。曲柄銷在上下死點(diǎn)（或左右水平位置）時(shí)的臂距值之差就是臂距差或拐檔差。常用Δ表示，即Δ垂直= L上－L下，Δ水平=L左－L右，在實(shí)際使用中，多用Δ垂直。由圖1可以看出，當(dāng)曲拐的兩段主軸頸彎曲成塌腰形時(shí)，L上> L下，Δ垂直>0，反之，若兩段主軸頸彎曲成拱腰形，Δ垂直<0。所以，測(cè)量各曲柄的拐檔差，就可以根據(jù)它的正負(fù)值和值的大小確定主軸承的高低程度。

　　圖1　拐檔差的周期性變化
 
　　拐檔差無(wú)法避免，受諸多因素影響，如機(jī)座變形或下沉、活塞安裝與否、軸系的連接誤差等。它的存在，會(huì)使曲柄臂和曲柄銷連接的過(guò)渡圓角處產(chǎn)生時(shí)拉時(shí)壓的交變應(yīng)力，導(dǎo)致疲勞裂紋而損壞。
　　拐檔差的測(cè)量均使用專門的拐檔表。將拐檔表安放在兩曲柄臂之間的固定位置（一般都在出廠時(shí)已打好測(cè)量用的凹痕）上進(jìn)行測(cè)量。在CAT3500型柴油機(jī)次大修時(shí)，需要在現(xiàn)場(chǎng)選擇銃點(diǎn)，銃出凹痕以便測(cè)量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以大致定在一個(gè)水平位置上的兩個(gè)點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)的位置是距曲柄銷軸線（S+D）/2（S為活塞行程，D為主軸頸直徑）處。
　　拐檔差的測(cè)量有兩種情況：活塞部件在曲軸上安裝和不安裝。不安裝時(shí)分別測(cè)量4個(gè)位置即0°、90°、180°和270°，一般取0°和180°兩個(gè)位置的數(shù)值使用。安裝時(shí)分別測(cè)量5個(gè)位置即0°、90°、165°、195°和270°，下死點(diǎn)取165°和195°兩個(gè)位置的平均值。
　　圖2是以曲柄銷位置為準(zhǔn)記錄讀數(shù)的例子，采用A→B→C→D→E的順序測(cè)量記錄。那么該道主軸承的拐檔差在垂直方向是－4－[0+（－0.5）]/2=－3.75（即0.0375 mm），在水平方向是（－3）－（－1）=－2（即0.02 mm）。以上數(shù)字可以判斷該主軸承的相對(duì)位置較高，水平方向向左偏較大。可以參考經(jīng)驗(yàn)值近似查看拐檔差的極限范圍：新機(jī)或大修后的柴油機(jī)一般約為S/10000，運(yùn)行至2S/10000則必須重新大修或換新曲軸。

　　圖2　拐檔差的測(cè)量
 
　　根據(jù)拐檔差可以了解曲軸軸線的狀態(tài)和判斷主軸承的高低，從而可以調(diào)整主軸承的高低以控制曲軸的變形，使其在允許的范圍內(nèi)。在理論上可以用作圖的方法判斷，下面介紹一種曲軸中心線的簡(jiǎn)單作圖法，利用上、下止點(diǎn)的拐檔差值做垂直平面內(nèi)曲軸軸線狀態(tài)圖。如圖3所示，取橫坐標(biāo)為各缸中心線所在位置，縱坐標(biāo)表示拐檔差值，將附表中各缸曲柄拐檔差標(biāo)于相應(yīng)汽缸中心線上，連接汽缸中心線上各點(diǎn)所得的折線可近似表示出垂直平面內(nèi)的曲軸軸線的狀態(tài)。由圖3可以看出，第4道主軸承Z高，第3道主軸承Z低。因此需要調(diào)整第4道主軸承下瓦使之位置降低，從而調(diào)整曲軸中心線狀態(tài)。

　　圖3　主軸承位置與拐檔差的關(guān)系
 
　　特別需要注意的是，曲柄拐檔差變化的原因不只是主軸承高低，還可能是機(jī)座變形等。所以僅僅依靠拐檔差是無(wú)法確定曲軸變形原因的。若在測(cè)取各曲柄拐檔差的同時(shí)，用橋規(guī)或測(cè)深千分尺測(cè)出各道主軸承的下沉量，即可判明曲軸變形的原因。若拐檔差與軸承下沉量相互吻合，則說(shuō)明曲軸軸線變形是由于軸承磨損、軸承中心線不正所致。若二者互相矛盾，則說(shuō)明機(jī)座變形。因?yàn)楫?dāng)機(jī)座變形時(shí)，各軸頸的橋規(guī)值是不變的，而拐檔差變化可能很大。所以，在對(duì)拐檔差進(jìn)行例行測(cè)量之前，應(yīng)先檢查機(jī)身、機(jī)座、機(jī)架等各接合處有無(wú)松動(dòng)。
　　實(shí)際工作中，作圖使用較少，一般都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)拐檔差的符號(hào)和大小直接判斷曲軸的狀態(tài)和主軸承的高低；若曲軸相鄰兩個(gè)曲柄拐檔差值為正，則它們中間的主軸承一般偏低，拐檔差值越大則越低，反之偏高。曲軸自由端曲柄或飛輪的輸出端曲柄，若其拐檔差值為正，則一般表示端部主軸承較相鄰主軸承位置偏高，反之偏低。
　　拐檔差的測(cè)量在具體操作時(shí)的要求是：安裝拐檔表時(shí)鑿的凹坑大小、深度及位置要合適，兩凹坑盡可能在同一水平線上；測(cè)量探針要可靠落位；拐檔表要留有一定的壓縮余量，并進(jìn)行表盤調(diào)零；順、逆時(shí)針各測(cè)一次再取其平均值。